《高速動車組技術》課程武漢鐵路職業技術學院王靜4-2-1空調系統的制冷原理目錄CONTENTS01制冷原理02制冷劑03制冷壓縮機制冷原理為了更好地了解動車組空調系統的工作原理及控制方法，首先應該了解空調系統的制冷原理和空氣壓縮機的工作原理。空調系統的制冷原理。

用一定的方法使物體或空間的溫度低于周圍環境介質的溫度,并且使其維持在某一范圍內，這個過程稱為制冷。制冷原理為了維持車廂內的溫度比環境溫度低，就必須把進入車內的余熱不斷地轉移到周圍環境中去。一般情況下，這些熱量包括:1）車內外溫差通過車內傳入的熱量、2）太陽輻射熱傳人車內的熱量、3）旅客散發的熱量以及機電設備的散熱、4）車內換氣帶入熱量等部分。制冷裝置就能起轉移熱量的作用,因此制冷裝置是空調客車不可缺少設備。制冷原理許多物質在發生相變時，都有放熱或吸熱的現象發生。在一定壓力下,當液態制冷劑的溫度達到沸點（又稱飽和溫度）時，液體就會沸騰并吸收汽化熱。在制冷技術中，習慣把液體的沸騰稱為蒸發，因此液體的沸點（或飽和溫度）也就被稱為蒸發溫度，液體沸騰吸熱的容器被稱為蒸發器。在相同壓力下，不同的制冷劑有不同的蒸發溫度和汽化熱;對同一種制冷劑，壓力不同時其對應的蒸發溫度也不同，壓力越高，蒸發溫度也越高。制冷原理

與吸熱汽化相反，制冷劑蒸氣的溫度降低到飽和溫度時，氣體會放出熱量而冷凝成液體，這時的飽和溫度稱為冷凝溫度。如果用環境介質（如水或空氣）來吸收制冷劑冷凝時放出的熱量，那么制冷劑蒸氣的冷凝溫度必須高于環境介質的溫度。人們知道制冷劑蒸氣的冷凝溫度隨壓力升高而升高，因此只要用壓縮機將制冷劑蒸氣壓縮到所需冷凝溫度相對應的飽和壓力以上，就能用環境介質來冷卻，使制冷劑蒸氣冷凝成液體。

發生冷凝過程的容器稱為冷凝器。制冷原理

從冷凝器流出的液體制冷劑，仍是種高溫高壓的液體，它不能直接流人蒸發器進行沸騰吸熱，而必須先使它的溫度壓力降下來，實現降溫降壓的裝置是膨脹閥或毛細管。制冷劑在通過膨脹閥的節流小孔或通過一定長度的毛細管時，由于阻力造成壓力降低，隨著壓力的降低，其飽和溫度也隨之降低，部分制冷劑吸收其他制冷劑的熱量而迅速汽化成飽和蒸氣，使其他制冷劑的溫度也同時降低，因此從膨脹閥或毛細管流出的是低溫低壓的液態制冷劑和少量氣態制冷劑的混合物。制冷原理低溫低壓的制冷劑重新進人蒸發器沸騰吸熱，最終使客室溫度降下來，這就是蒸氣壓縮制冷機的工作原理，如圖所示。蒸發器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥（或毛細管）四個部件用管路連成一個封閉的循環系統，制冷劑在蒸發器中由液態變成氣態，吸收流過蒸發器表面空氣的熱量;制冷原理低溫低壓的氣態制冷劑被壓縮機吸人并壓縮成高溫高壓的氣體，送入冷凝器;在冷凝器中的制冷劑蒸氣被環境空氣所冷卻，放出熱膨脹閥量而冷凝成液體;從冷凝器流出的高溫高壓液態制冷劑經過膨脹閥的小孔時，發生節流降壓（或者流經毛細管時，因毛細管的阻力而發生降壓）,在降壓的同時部分制冷劑汽化，在膨脹閥或毛細管的出口獲得了低溫低壓狀態的制冷劑。制冷原理該制冷劑又進人蒸發器蒸發吸熱，如此周而復始地循環。制冷劑在封閉的制冷系統中經歷壓縮、冷凝、節流和蒸發這四個過程就完成一次制冷循環，壓縮機不斷消耗功（電能）,而蒸發器則不斷吸收空氣中的熱量，并將這部分熱量連同壓縮機消耗的功一起通過冷凝器排向大氣，從而實現了熱量由低溫環境（客室溫度一般在25°C左右）向高溫環境（環境溫度可高達35°C）轉移，達到了制冷的目的。制冷原理在制冷系統中，將被冷卻介質的熱量轉移到環境介質（空氣或水）中去的工作物質稱為制冷劑。如在蒸氣壓縮式制冷裝置中，是通過制冷劑在蒸發器中吸收被冷卻介質的熱量而汽化，然后在冷凝器中向環境介質放出熱量而冷凝的相態變化過程來實現制冷的。制冷劑的性能直接影響到制冷裝置能否安全、有效和經濟地工作。制冷劑

按照常溫下的冷凝壓力和標準大氣壓下的蒸發溫度的高低，制冷劑通常分成三類:低壓高溫制冷劑（如R1I、R21）、

中壓中溫制冷劑（如RI2、R22）、高壓低溫制冷劑（如R13、R23）。氟利昂制冷劑大多無毒，沒有燃燒和爆炸的危險;對金屬沒有腐蝕作用;絕熱指數小，壓縮機的排氣溫度低;化學穩定性高，凝固點低，故被廣泛應用。EMU動車組空調裝置采用R22作為制冷劑。制冷劑

制冷壓縮機是蒸氣壓縮式制冷裝置的重要組成部分，起著壓縮和輸送制冷劑的作用。根據壓縮機的工作原理不同，可以分為容積型和速度型兩大類。容積型主要有活塞式、渦旋式和螺桿式壓縮機，速度型主要指離心式壓縮機。制冷壓縮機

一臺空調機，大約90%的耗電量是用于壓縮機的，因此提高壓縮機的效率可以明顯改善空調設備的能效比。同時，對于熱泵式空調器，能量可以控制并可作反向循環的壓縮機正逐步推廣使用。另外尺寸小、重量輕、噪聲振動小的要求，使得往復活塞式壓縮機逐步被回轉式壓縮機替代，渦旋式壓縮機作為比較新型的回轉式壓縮機被推上了空調壓縮機的市場。在EMU動車組采用的空調系統中，就選用了全封閉渦旋式制冷壓縮機。制冷壓縮機

渦旋式壓縮機壓縮部分的結構如圖所示，主要由靜渦旋體、動渦旋體、十字環、曲軸和機架等幾個主要零部件組成。動、靜渦旋體按1809相位差組裝在一起，兩者之間有數點接觸并形成數個月牙形氣室的系列。靜渦旋體固定在機架上，動渦旋體由短沖程曲軸驅動而繞靜渦旋體的中心軸線擺動，兩個漸開線形螺旋線壁面上的一對接觸點沿著螺旋線移動。兩個渦旋體之間的相對角度靠-一個能限制回轉的耦合機構維持不變，此耦合機構位于動渦旋體底板背部與靜止零件之間。制冷壓縮機當曲軸旋轉（順時針方向）帶動動渦旋體擺動，氣體從周邊進人氣室并隨著接觸點的移動而被吸入。曲軸旋轉一周時吸氣過程結束，曲軸旋轉第二周時，第周被吸

人的氣體開始壓縮，而靜渦旋體最外圈又開始與動渦旋體構成新的吸氣腔進行吸氣。隨著曲軸的不停旋轉，氣體逐步被壓縮而驅向位于靜渦旋體中心的排氣口。當曲軸回轉約兩周半時，被壓縮了的氣體由排氣口排出。所以曲軸每旋轉-L周，就形成了一對新的氣室，并在旋轉兩周半以后排出。如此周而復始地重復這一過程，實現制冷劑的壓縮和輸送排出。制冷壓縮機

全封閉渦旋式壓縮機結構的剖面圖如圖所示。動、靜渦旋體位于壓縮機的上部，電動機位于下部，壓縮機的底殼作為油池。氣體從頂部的吸氣管進人到渦旋體的四周，壓縮后的氣體經靜渦旋體頂部的排氣口進人到排氣腔室再經排氣通道到電動機室，冷卻電動機后經機體上的排氣管排出。曲由安裝在機架上的軸承支承，一個主軸承是滾柱軸承，在連接曲軸與動渦旋體的曲拐處則使用滑動軸承。這種軸承用種新材料制成，

可保證潤滑油起沫造成黏度降低、潤滑不充分時仍能正常工作。制冷壓縮機潤滑油借助于排氣壓力和排氣通道的中壓之間的壓差供給曲軸，又通過曲軸中的油孔將潤滑油送到各軸承處，而后經背壓腔、背壓孔進人壓縮氣室，最后隨氣體一起排出。

在排氣腔室內分離出來的油潤滑渦旋板的滑動摩擦面，其余的油在電動機室內與制冷劑分離并存貯在壓縮機底殼。制冷壓縮機渦旋式壓縮機的特點：制冷壓縮機1.壓縮機效率較高渦旋式壓縮機依靠動、靜渦旋體之間有數點接觸，形成數個氣室，隨著接觸點的移動，氣室所包圍的容積也隨之變化，從而完成吸氣、壓縮、排氣這--系列工作過程。相鄰兩氣室的壓差小于排氣壓力和吸氣壓力之差，因而在壓縮過程中氣體漏泄量很少;又由于排氣口與低壓吸氣側分開，不存在余隙容積內氣體膨脹而減少氣體吸人的問題。因而渦旋式壓縮機有較高的容積效率，并且在很寬的壓比范圍內都有較高的容積效率，這就使渦旋式壓縮機特別適用于熱泵型空調機。2.壓縮機可靠性高沒有吸排氣閥裝置，不存在閥片損壞故障和閥片的流量損失，提高了壓縮機的可靠性。制冷壓縮